應(yīng)對(duì)這種熱穩(wěn)定差也有一系列的改進(jìn)途徑，比如說材料的包覆等，我們還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的方法，就是用單晶顆粒來替代多晶的正極材料，電池的熱穩(wěn)定性有非常好的改善，相應(yīng)的安全性也有很好的改善。

 

第二就是熱蔓延，真正的事故是熱蔓延導(dǎo)致的，就是一個(gè)電池單體熱失控之后，所有電池包全部蔓延起來，著火事故就發(fā)生了。

 

根據(jù)我們對(duì)熱失控蔓延過程的測(cè)試和仿真的傳熱分析，設(shè)計(jì)了一種隔熱的方法，就是在主導(dǎo)傳熱的路徑上加隔熱材料，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)確實(shí)達(dá)到了隔斷熱失控蔓延的效果。這種防火墻技術(shù)已經(jīng)在中國(guó)倡導(dǎo)的國(guó)際電動(dòng)汽車熱失控蔓延的法規(guī)中得到采納。

 

第三個(gè)方面，是熱失控的誘因和電池管理。第一個(gè)誘因就是內(nèi)短路，對(duì)在用電池和事故電池的分析發(fā)現(xiàn)，電池制造時(shí)均勻的極片在使用一段時(shí)間之后會(huì)產(chǎn)生折疊區(qū)域的破裂，容易發(fā)生局部的析鋰，從而導(dǎo)致熱失控。另外就是制造過程中的雜質(zhì)也會(huì)引起內(nèi)部的短路，我們把這個(gè)叫電池的癌癥，因?yàn)椴恢浪裁磿r(shí)候誘發(fā)熱失控，有時(shí)候往往會(huì)經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間之后產(chǎn)生內(nèi)短路。為此我們發(fā)明了電池內(nèi)短路的一個(gè)替代實(shí)驗(yàn)方法，通過在一個(gè)特定電池里面植入記憶合金實(shí)現(xiàn)預(yù)期的內(nèi)短路。我們研究之后把內(nèi)短路分成了四類，其中鋁集流體和負(fù)極相連是最危險(xiǎn)的內(nèi)短路。也是必須要提前預(yù)警的，為此我們做了一系列的研究，并獲得了內(nèi)短路的三階段演變過程。第一階段，只有電壓的下調(diào)，沒有溫度的上升；第二階段才有溫度的上升，第三階段才發(fā)生急劇的溫度上升現(xiàn)象，也就是熱失控。根據(jù)這個(gè)演變過程，我們爭(zhēng)取在前兩個(gè)階段把內(nèi)短路判別出來，就可以提前15分鐘將可能引發(fā)熱失控的內(nèi)短路預(yù)警出來，這一技術(shù)已經(jīng)與寧德時(shí)代進(jìn)行了合作。

 

第二個(gè)方面就是充電，我們通過測(cè)試分析搞清了過充熱失控機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，通過熱電耦合模型來預(yù)測(cè)電池過充熱失控的表現(xiàn)。過充事故一般是微過充，比如電池的不一致性導(dǎo)致的，因?yàn)椴灰恢?，充電過程中有的地方已經(jīng)充滿了，有的地方還沒有充滿，就會(huì)導(dǎo)致有一些充滿的電池微過充，接著就會(huì)在負(fù)極材料上析鋰，產(chǎn)生鋰枝晶，就是所謂的析鋰，導(dǎo)致安全性變差，導(dǎo)致短路。

 

為了解決這一問題，我們開發(fā)了基于參比電極的無析鋰快充技術(shù)，把負(fù)極的電位控制在零以上（零以下會(huì)析鋰），這需要增加一個(gè)電極，即三電極。在三電極基礎(chǔ)上，可以基于模型進(jìn)行反饋和觀察，這就是我們的無析鋰快充技術(shù)，這種技術(shù)應(yīng)用之后就沒有析鋰發(fā)生，而且充電速度加快。

 

第三個(gè)原因是老化。電池老化后的不一致性會(huì)擴(kuò)大，這就是電池循環(huán)次數(shù)的增加不一致性會(huì)變得越來越大的原因，而隨著容量一致性變差，電池管理的精確性也就很差。另外，低溫環(huán)境下的老化會(huì)嚴(yán)重影響電池的熱穩(wěn)定性，發(fā)生熱失控的自生熱溫度會(huì)降低，這就更容易導(dǎo)致熱失控。

 

通過對(duì)這些問題的分析，我們發(fā)現(xiàn)保障電池系統(tǒng)安全性的核心是研發(fā)先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)。目前，在電池管理系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品的功能不足、精度不夠，尤其是安全功能是不全，因此需要加大電池管理系統(tǒng)的研發(fā)力度。清華在電池管理系統(tǒng)的積淀比較豐富，已經(jīng)獲得65項(xiàng)專利授權(quán)，這些專利在國(guó)內(nèi)外著名公司合作中得到了應(yīng)用，其中部分專利也授權(quán)給了奔馳汽車公司。

 

那么我們?nèi)绾螐氐捉鉀Q電池安全性問題？近期可以通過一些技術(shù)來保障安全性，但是長(zhǎng)遠(yuǎn)看，要保障電池的絕對(duì)安全就需要前瞻性的科學(xué)研究。鋰離子動(dòng)力電池高比能是全世界范圍的發(fā)展方向和趨勢(shì)，我們不能因?yàn)橛邪踩珕栴}就不發(fā)展高比能量電池，關(guān)鍵是把握高比能量與安全性之間的平衡點(diǎn)。比如高鎳三元鋰離子動(dòng)力電池的本征安全問題，其機(jī)理是正極會(huì)釋放氧，我們可以通過界面的修飾來延緩正極釋氧，提高穩(wěn)定性；再一個(gè)就是開發(fā)下一代的固態(tài)電解質(zhì)，從根本上解決電解液燃燒的問題。

 

基于各國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)路線的比較，短期是液態(tài)電解液的鋰離子電池，下一步將會(huì)向固態(tài)電池方向發(fā)展。綜合考慮電池成本和動(dòng)力電池的發(fā)展方向，我們建議我國(guó)也應(yīng)該走類似的路徑，即短期是液態(tài)電解質(zhì)，發(fā)展高鎳三元正極和硅炭負(fù)極，通過電池管理系統(tǒng)和熱蔓延的抑制來防止安全事故發(fā)生，這類電池能夠滿足電動(dòng)汽車500公里續(xù)駛里程的要求。中長(zhǎng)期，從液態(tài)電解質(zhì)逐步過渡到全固態(tài)電池，估計(jì)在2030年全固態(tài)電池將會(huì)得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

 

總之，我們要力爭(zhēng)解決動(dòng)力電池本征安全問題，保障新能源汽車行業(yè)的健康發(fā)展。對(duì)我的報(bào)告的總結(jié)，可以歸納為：

 

我們要正確看待近期新能源汽車起火的事件，其主要原因是產(chǎn)品質(zhì)量問題，沒有遵守技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)驗(yàn)證周期的偏短等等。